ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΚΡΗΤΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ & ΚΙΝΗΤΗΡΙΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ Πτυχιακή Εργασία ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΗΤΡΩΝ, ΣΥΝΤΑΞΗ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΜΕ ΣΚΟΠΟ ΤΗΝ ΜΕΤΡΗΣΗ ΚΑΙ ΤΟΝ ΕΛΕΓΧΟ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ. ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΕΠΟΠΤΙΚΗΣ ΠΙΝΑΚΙ ΑΣ ΓΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΧΡΗΣΗ ΜΕ ΣΚΟΠΟ ΤΗΝ ΕΦAΡΜΟΓΗ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΑΥΤΩΝ. Σπουδαστές: Βελιβασάκης Κωνσταντίνος Καλαθάκης Σταύρος Εισηγητής: Κουδουµάς Γεώργιος ΗΡΑΚΛΕΙΟ 2010
2 Περιεχόµενα ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 4 1. ΣΥΜΒΑΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ... 6 1.1. ΜΕΡΗ ΣΥΜΒΑΤΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΚΑΙ Η ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥΣ.... 6 1.2. ΑΠΟ ΤΗΝ ΣΥΜΒΑΤΙΚΗ ΣΤΗΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ... 22 1.3. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΑΝΑΦΛΕΞΕΩΝ... 23 2. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ... 25 2.1. ΕΠΑΓΩΓΙΚΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ ΜΕ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ (ΜΕ ΠΛΑΤΙΝΕΣ)... 25 2.2. ΕΠΑΓΩΓΙΚΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ ΧΩΡΙΣ ΠΛΑΤΙΝΕΣ... 30 2.3. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ ΜΕ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΠΑΛΜΩΝ... 31 ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΥ ΤΥΠΟΥ (TCI-i)... 31 2.4. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ ΜΕ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΤΥΠΟΥ HALL ( ΤCI h)... 37 2.5. ΧΩΡΗΤΙΚΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ (CDI) (Capacitor Discharge Ignition System) 42 2.6. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ ΕΛΕΓΧΟΜΕΝΗ ΑΠΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΜΟΝΑ Α... 48 2.7. ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΤΩΝ ΣΤΡΟΦΩΝ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ... 49 2.8. ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΓΩΝΙΑΣ ΣΤΡΟΦΑΛΟΥ... 51 2.9. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΓΩΝΙΑΣ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ... 52 2.10. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΓΩΝΙΑΣ DWELL... 54 2.11. ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ... 57 2.12. ΟΛΟΚΛΗΡΟΜΕΝΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ ΣΕ ΤΕΤΡΑΚΥΛΙΝ ΡΟ ΚΙΝΗΤΗΡΑ... 58 2.13. ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΗ ΣΥΝ ΥΑΣΜΕΝΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ ΤΡΟΦΟ ΟΣΙΑ... 62 3. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΜΟΝΑ Α ΕΛΕΓΧΟΥ... 65 3.1. ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΗΣ ΜΟΝΑ ΑΣ ΕΛΕΓΧΟΥ... 65 3.2. ΒΑΣΙΚΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΗΣ ΜΟΝΑ ΑΣ ΕΛΕΓΧΟΥ... 67 4. ΕΙ Η ΜΝΗΜΗΣ ΕΓΚΕΦΑΛΩΝ... 68 4.1. Μνήµη Τυχαίας Προσπέλασης (RAM)... 68 4.2. Μνήµη Μόνο για Ανάγνωση (ROM)... 68 4.3. Μνήµη KAM (Keep Alive Memory)... 69 5. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΜΕΙΓΜΑΤΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΟ ΠΕ ΙΟ LAMBDA ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ LAMBDA.... 71 6. ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ... 72 6.1. ΠΡΩΤΕΥΟΝ ΚΥΚΛΩΜΑ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ... 72 6.2. ΕΥΤΕΡΕΥΟΝ ΚΥΚΛΩΜΑ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ... 73 6.3. ΤΑΣΗ ΕΥΤΕΡΕΥΟΝΤΟΣ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ... 74 6.4. ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΣΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ... 76 7. ΕΛΕΓΧΟΙ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ... 77 7.1. ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΩΝ ΠΛΑΤΙΝΩΝ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΓΩΝΙΑΣ DWELL... 77 7.2. ΑΥΤΟΜΑΤΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΠΡΟΠΟΡΕΙΑΣ... 81 7.3. ΈΛΕΓΧΟΣ ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΡΥΘΜΙΣΤΗ... 84 7.4. ΈΛΕΓΧΟΣ ΡΥΘΜΙΣΤΗ ΚΕΝΟΥ... 85 7.5. ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΣ ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΡΥΘΜΙΣΗ ΠΡΟΠΟΡΕΙΑΣ (ΑΒΑΝΣ)... 85 2
3 7.6. ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΤΗ... 90 7.6.1. Έλεγχος του πρωτεύοντος τυλίγµατος (Χ.Τ.)... 90 7.6.2. Έλεγχος της µόνωσης του πρωτεύοντος τυλίγµατος... 91 7.6.3. Έλεγχος της αντίστασης δευτερεύοντος τυλίγµατος... 91 7.7. ΙΑΒΑΖΟΝΤΑΣ ΤΟ ΠΡΟΣΩΠΟ ΤΩΝ ΜΠΟΥΖΙ... 92 7.7.1. ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΤΩΝ ΜΠΟΥΖΙ :... 92 7.7.2. ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΚΩΝ ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ... 94 7.7.3. ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΑΚΑΘΑΡΣΙΩΝ... 95 8. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΗΣ ΠΑΝΩ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ - ΣΥΜΒΑΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ... 97 8.1. ΑΣΚΗΣΗ 1: Αναγνώριση κυρίων µερών συµβατικού συστήµατος ανάφλεξης.... 97 8.2. ΑΣΚΗΣΗ 2: Αναγνώριση κυρίων µερών πολλαπλασιαστή - Έλεγχοι.... 100 8.3. ΑΣΚΗΣΗ 3 : Αφαίρεση διανοµέα από το εκπαιδευτικό όχηµα - Κύρια µέρη.... 104 8.4. ΆΣΚΗΣΗ 4 : Ρύθµιση των πλατινών και έλεγχος της γωνίας Dwell.... 108 8.5. ΑΣΚΗΣΗ 5 : Εγκατάσταση συµβατικού επαγωγικού συστήµατος ανάφλεξης σε εκπαιδευτικό όχηµα - Έλεγχος... 115 8.6. ΑΣΚΗΣΗ 6 : Αναγνώριση τύπων αναφλεκτήρων (µπουζί) - Έλεγχοι... 122 8.7. ΑΣΚΗΣΗ 7 : Εξωτερικό xρονισµό - Ρύθµιση πρoπoρείας (αβάνς) - Έλεγχοι... 127 8.8. ΑΣΚΗΣΗ 8 : Αυτόµατη ρύθµιση της προπορείας (φυγοκεντρικός ρυθµιστής - ρυθµιστής υποπίεσης) - Έλεγχοι.... 135 9. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 140 3
4 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα συστήµατα ανάφλεξης τοποθετούνται σε κινητήρες, στους οποίους χρησιµοποιείται ως καύσιµο η βενζίνη ή το υγραέριο και έχουν ως σκοπό να προκαλούν την ανάφλεξη του καύσιµου µείγµατος στο σωστό χρονικό σηµείο. Η λειτουργία αυτή δεν είναι περιοδική, αλλά συνεχώς µεταβαλλόµενη και εξαρτάται από τις παραµέτρους λειτουργίας του κινητήρα. Οι κυριότεροι παράµετροι από αυτές είναι : Ο αριθμός στροφών του κινητήρα. Το φορτίο του κινητήρα (αφόρτιστη λειτουργία ή ρελαντί, μερικό και πλήρες φορτίο). Η λειτουργία του συστήµατος ανάφλεξης είναι πολύ σηµαντική για έναν κινητήρα, ώστε να έχει σωστή και οικονοµική λειτουργία. Ο σκοπός του συστήµατος ανάφλεξης είναι να δηµιουργήσει σπινθήρα ή ροή ρεύµατος µεταξύ των ηλεκτροδίων ενός αναφλεκτήρα, την κατάλληλη στιγµή κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα. Αυτός ο σκοπός ακούγεται σχετικά απλός, αλλά όταν λάβει κανείς υπόψη του τον αριθµό των µπουζί που απαιτείται να σπινθηροδοτήσουν καθώς και τις διαφορετικές λειτουργίας του κινητήρα, η λειτουργία του συστήµατος ανάφλεξης γίνεται πολύπλοκη. Σε έναν κινητήρα V8, ο οποίος γυρίζει µε 3.000 στροφές το λεπτό (r.p.m.), το σύστηµα ανάφλεξης πρέπει να σπινθηροδοτήσει τέσσερα µπουζί σε κάθε στροφή δηλαδή 12.000 σπινθήρες το λεπτό. Αυτά τα µπουζί πρέπει να δώσουν σπινθήρα την κατάλληλη στιγµή χωρίς να αστοχήσουν. Εάν το σύστηµα ανάφλεξης αστοχήσει ή δε δώσει σπινθήρα στα µπουζί την κατάλληλη στιγµή, τότε δε µπορούµε να έχουµε οικονοµία στα καύσιµα, σωστή λειτουργία του κινητήρα και σωστά επίπεδα καυσαερίων. Το σύστηµα ανάφλεξης παρέχει στους αναφλεκτήρες ( µπουζί ) την απαιτούµενη ενέργεια ανάφλεξης (υψηλή τάση), που παράγεται στον πολλαπλασιαστή. Η ενέργεια αυτή µεταφέρεται από τα καλώδια υψηλής τάσης του συστήµατος ανάφλεξης και διανέµεται στους αναφλεκτήρες έτσι, ώστε να πραγµατοποιείται ανάφλεξη στον κύλινδρο που βρίσκεται στο τέλος της φάσης της συµπίεσης. Η ανάφλεξη του καυσίµου µείγµατος πραγµατοποιείται λίγο πριν το έµβολο φτάσει στο άνω νεκρό σηµείο (Α.Ν.Σ.). Το ακριβές χρονικό σηµείο στο οποίο πρέπει να δοθεί ο σπινθήρας στον αναφλεκτήρα (Avans) για να γίνει η ανάφλεξη του 4
5 καυσίµου-µείγµατος και η διάρκεια του σπινθήρα (γωνία dwell) εξαρτώνται από τις παραπάνω παραµέτρους λειτουργίας του κινητήρα. Σε ένα συµβατικό επαγωγικό σύστηµα ανάφλεξης η ενέργεια ανάφλεξης και η τάση σπινθηρισµού περιορίζονται από την ηλεκτρική και µηχανική δυνατότητα διακοπής των πλατινών. Έτσι το ρεύµα του πρωτεύοντος δεν µπορεί να ξεπεράσει µια ορισµένη τιµή (5Α) και συνεπώς η τάση του δευτερεύοντος κυκλώµατος µένει πάντα κάτω από ένα όριο. Στις πολύ υψηλές ταχύτητες των 6-κύλινδρων ή 8-κύλινδρων κινητήρων µικραίνει τόσο πολύ ο χρόνος επαφής των πλατινών ( περίοδος dwell ) ώστε να µην επαρκεί η υποθηκευµένη ενέργεια ανάφλεξης µε αποτέλεσµα ο κινητήρας να εργάζεται µε διαλείψεις. Η χρησιµοποίηση των τρανζίστορ σαν διακόπτη στη θέση των πλατινών και σαν ενισχυτή του ρεύµατος του πρωτεύοντος εκµηδένισε τους παραπάνω περιορισµούς αφήνοντας τον κινητήρα ελεύθερο να ανέβει σε πάρα πολλές χιλιάδες στροφές, εφόσον φυσικά το επιτρέπει η σχεδίαση του και να αυξήσει την απόδοση του, πάντοτε σε συνδυασµό µε τους αυστηρούς νόµους ελέγχου των καυσαερίων. Έτσι λοιπόν η δηµιουργία σπινθήρα, η ρύθµιση του διάκενου των πλατινών, οι ανεπαρκείς επιδόσεις στις χαµηλές στροφές και η αναπήδηση του έκκεντρου στις µεγάλες ταχύτητες έχουν κατανικηθεί στις ηλεκτρονικές αναφλέξεις. Σε ένα σύστηµα ηλεκτρονικής ανάφλεξης δεν απαιτείται διανοµέας. Σε πολλά από αυτά τα συστήµατα τοποθετείται ένας αισθητήρας στροφάλου στο µπροστινό µέρος αυτού που χρησιµοποιείται για να ενεργοποιήσει το σύστηµα ανάφλεξης. Όταν χρησιµοποιείται, στο σύστηµα ανάφλεξης διανοµέας, τα διάφορα µέρη αυτού όπως ο άξονας µε το έκκεντρο φθείρονται. ιανοµέας µε φθαρµένα εξαρτήµατα είναι αιτία λανθασµένης ανάφλεξης και προπορείας που έχει ως αποτέλεσµα να επηρεάζεται η οικονοµία και η καλή λειτουργία όπως επίσης και τα καυσαέρια. Εφόσον σε ένα σύστηµα ηλεκτρονικής ανάφλεξης δεν απαιτείται διανοµέας ο χρόνος ανάφλεξης παραµένει περισσότερο σταθερός σε σχέση µε τη διάρκεια ζωής του κινητήρα που σηµαίνει ότι έχουµε οικονοµία, καλή λειτουργία και καθαρά καυσαέρια. Μία συγκεκριµένη ποσότητα ενέργειας είναι διαθέσιµη στο δευτερεύον κύκλωµα της ανάφλεξης. Στο δευτερεύον κύκλωµα ανάφλεξης η ενέργεια συνήθως παράγεται µε την απαιτούµενη τάση, προκειµένου να αρχίσει η ανάφλεξη στα µπουζί. Τα συστήµατα ανάφλεξης χωρίς διανοµέα είναι ικανά για την παραγωγή πολύ υψηλότερης ενέργειας από τα παραδοσιακά συστήµατα ανάφλεξης. 5
6 1. ΣΥΜΒΑΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ 1.1. ΜΕΡΗ ΣΥΜΒΑΤΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΚΑΙ Η ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥΣ. Το σύστηµα ανάφλεξης που εφαρµόστηκε στα αυτοκίνητα παλαιάς (συµβατικής) τεχνολογίας (συµβατικό σύστηµα ανάφλεξης) αποτελείται από τα εξής µέρη : 1) Συσσωρευτής (μπαταρία) 2) Ο διακόπτης ανάφλεξης 3) Η μίζα ή εκκινητής 4) Διακόπτης ρεύματος χαμηλής τάσης του πρωτεύοντος τυλίγματος (πηνίου) του πολλαπλασιαστή (πλατίνες) 5) Πολλαπλασιαστής 6) Διανομέας (Distributer) 7) Αναφλεκτήρας (μπουζί) 8) Καλώδια χαμηλής και υψηλής τάσης. Εικόνα 1.1.1: Συµβατικό σύστηµα ανάφλεξης. 1) Ο συσσωρευτής παρέχει την τάση (12V), η οποία είναι απαραίτητη για να λειτουργήσει το σύστηµα ανάφλεξης αλλά και όλα τα ηλεκτρικά κυκλώµατα του αυτοκινήτου. Πρωταρχικός σκοπός του συσσωρευτή είναι να παρέχει ενέργεια για την εκκίνηση του κινητήρα µέσω της µίζας και να τροφοδοτεί το ηλεκτρικό σύστηµα. Το ρεύµα που καταναλώνεται από τη µίζα, το σύστηµα ανάφλεξης, τα φώτα κ.α., έχει ως αποτέλεσµα την εκφόρτιση της µπαταρίας. Η µπαταρία τροφοδοτείται µε ηλεκτρική ενέργεια από τον εναλλακτήρα (δυναµό). Η ηλεκτρική ενέργεια µετατρέπεται σε 6
7 χηµική µέσω της χηµικής διαδικασίας που ονοµάζεται ηλεκτρόλυση. Όταν δε λειτουργεί ο κινητήρας η µπαταρία µπορεί να τροφοδοτεί τα κυκλώµατα φωτισµού και άλλους καταναλωτές. Όταν βάζουµε σε κίνηση τον κινητήρα η µπαταρία τροφοδοτεί τη µίζα και το ηλεκτρικό σύστηµα. Όταν ο κινητήρας λειτουργεί, η µπαταρία είναι η εφεδρεία της ενέργειας, στην περίπτωση που το σύστηµα φόρτισης δεν επαρκεί να καλύψει τις ανάγκες. Σήµερα χρησιµοποιούνται ευρύτατα οι µπαταρίες µολύβδου, ανοικτού και κλειστού τύπου. Υπάρχουν επίσης και οι αλκαλικές και οι υβριδικές, οι οποίες αντί για υγρό ηλεκτρολύτη χρησιµοποιούν ένα άλλο υλικό σαν ζελέ. Εικόνα 1.1.2: Εσωτερικά ο συσσωρευτής. Τα κύρια µέρη ενός συσσωρευτή είναι τα εξής : α) Οι ακροδέκτες. Η µπαταρία διαθέτει ένα θετικό (+) και έναν αρνητικό (-) πόλο. Η διαφορά δυναµικού (τάση), µεταξύ των δύο πόλων εξαρτάται από τον αριθµό των ηλεκτρικών στοιχείων (τα οποία έχουν ηλεκτρεγερτική δύναµη 2V το καθένα) που έχουν συνδεθεί σε σειρά (συνήθως 3 ή 6) και αποτελούν την µπαταρία. Έτσι έχουµε µπαταρίες 6V και 12 V. Ο θετικός πόλος έχει συνήθως µεγαλύτερη διάµετρο από τον αρνητικό και έχει κόκκινο πλαίσιο, ενώ ο αρνητικός µαύρο. β) Τα πώµατα. 7
8 Τα πώµατα είναι έτσι κατασκευασµένα ώστε να απελευθερώνουν τα αέρια που εκλύονται κατά τη διάρκεια της λειτουργίας της µπαταρίας και να εµποδίζουν σκόνες και ακαθαρσίες να εισέλθουν στα στοιχεία. γ) Τα ανοίγµατα πλήρωσης. Κάθε στοιχείο έχει και ένα άνοιγµα, για να συµπληρώνουµε ηλεκτρολύτη ή αποσταγµένο νερό. Το άνοιγµα έχει σχήµα σωληνωτό και τα πώµατα εφαρµόζουν καλά σ αυτό. Ορισµένες φορές στο άνοιγµα υπάρχει και ένας εσωτερικός δείκτης στάθµης. δ) Το κάλυµµα. Η µπαταρία µπορεί να έχει ένα µόνο κάλυµµα (monolid), ή ανά κάθε στοιχείο ένα κάλυµµα (multilid). Το στενό άνοιγµα µεταξύ του καλύµµατος και του δοχείου, στεγανοποιείται µε πίσσα ή ειδική κόλλα ή µε θερµοσυγκόλληση. ε) Οι γέφυρες σύνδεσης. Οι γέφυρες σύνδεσης ενώνουν την αρνητική δεσµίδα πλακών του ενός στοιχείου µε τη θετική του άλλου, κ.ο.κ. Με τον τρόπο αυτό, τα στοιχεία συνδέονται σε σειρά και έτσι αθροίζεται η τάση τους. στ) Τις πλάκες. Οι πλάκες αποτελούνται από το µολύβδινο σκελετό (καλός αγωγός ρεύµατος) και την ενεργό ύλη. Όλες οι µπαταρίες έχουν δύο είδη πλακών, µε διαφορετική ενεργό ύλη. Τη θετική η οποία είναι κατασκευασµένη από υπεροξείδιο του µολύβδου (PbO 2 ) και την αρνητική η οποία είναι κατασκευασµένη από σπογγώδη µόλυβδο (Pb). ζ) Τα µονωτικά. Τα µονωτικά που τοποθετούνται ανάµεσα στις πλάκες αντίθετης πολικότητας, για να εµποδίζουν βραχυκυκλώµατα, είναι κατασκευασµένα από µικροπορώδες µονωτικό υλικό. η) Το δοχείο. Το δοχείο το οποίο είναι από πλαστικό ή σκληρό ελαστικό, περικλείει όλα τα στοιχεία που προαναφέραµε. θ) Τα ηλεκτρικά στοιχεία. Η µπαταρία όταν έχει έξι στοιχεία χαρακτηρίζεται δωδεκάβολτη (12V), ενώ όταν έχει τρία στοιχεία χαρακτηρίζεται εξάβολτη (6V). ι) Ο πυθµένας. 8
9 Είναι ο χώρος όπου κατακάθεται η ενεργός ύλη που αποσπάται από τις πλάκες, κατά τη λειτουργία της µπαταρίας. Οι πλάκες στηρίζονται στις προεξοχές του πυθµένα, έτσι ώστε να αποφεύγονται τα βραχυκυκλώµατα. 2) Ο διακόπτης ανάφλεξης ενεργοποιείται από το κλειδί του αυτοκινήτου. Στη θέση ΟΝ συνδέει το θετικό πόλο του συσσωρευτή µε το θετικό ακροδέκτη του πρωτεύοντος τυλίγµατος του πολλαπλασιαστή. 3) Η µίζα ή εκκινητής παρέχει την αναγκαία βοήθεια στους κινητήρες ούτως ώστε να θέσουν σε λειτουργία τον κινητήρα. Οι µίζες χρησιµοποιούνται και σε βενζινοκινητήρες και σε πετρελαιοκινητήρες. Η µίζα είναι ένας ηλεκτροκινητήρας συνεχούς ρεύµατος Σ.Ρ. µε το τύλιγµα της διέγερσης συνδεδεµένο σε σειρά στο τύλιγµα τυµπάνου του δροµέα. Εικόνα 1.1.3: Ηλεκτρική συνδεσµολογία µίζας. 4) Οι πλατίνες τοποθετούνται στο επάνω µέρος του σώµατος του διανοµέα. ιαθέτουν δυο επαφές, µια σταθερή και µια κινητή. Οι επαφές αυτές κλείνουν και ανοίγουν σε κατάλληλα χρονικά διαστήµατα, κλείνοντας και ανοίγοντας αντίστοιχα το κύκλωµα του πρωτεύοντος τυλίγµατος του πολλαπλασιαστή. Έτσι µετατρέπουν το συνεχές ηλεκτρικό ρεύµα σε διακοπτόµενο (µεταβαλλόµενο). Το διακοπτόµενο 9
10 ηλεκτρικό ρεύµα δηµιουργεί το κατάλληλο µαγνητικό πεδίο, για την παραγωγή ρεύµατος υψηλής τάσης στο δευτερεύον τύλιγµα του πολλαπλασιαστή. Οι πλατίνες ανοίγουν µε τη βοήθεια ενός έκκεντρου, που είναι προσαρµοσµένο στον άξονα του διανοµέα και περιστρέφεται µαζί µε αυτόν. Το έκκεντρο έχει τόσες γωνίες όσοι είναι οι κύλινδροι του κινητήρα. Οι επαφές των πλατινών κλείνουν µε τη βοήθεια ενός ελατηρίου. Ο πιο βασικός παράγοντας για την καλή λειτουργία του κινητήρα, ειδικά σε υψηλό αριθµό στροφών, είναι ο χρόνος διακοπής και αποκατάστασης της συνέχειας του πρωτεύοντος τυλίγµατος του πολλαπλασιαστή. Από αυτόν εξαρτάται η ισχύς που αποδίδει ο κινητήρας και η διάρκεια του σπινθήρα στους αναφλεκτήρες, για την καλή καύση του µίγµατος. Η διάρκεια του σπινθήρα στους αναφλεκτήρες εξαρτάται από το χρόνο κατά τον οποίο οι πλατίνες παραµένουν ανοιχτές. Η ενεργεία του µαγνητικού πεδίου του πολλαπλασιαστή εξαρτάται από το χρόνο κατά τον οποίο οι πλατίνες παραµένουν κλειστές, οπότε το ηλεκτρικό ρεύµα οδηγείται µέσω των κλειστών πλατινών προς το πρωτεύων του πολλαπλασιαστή. Το χρονικό διάστηµα κατά το οποίο οι επαφές των πλατινών παραµένουν ανοιχτές ή κλειστές εξαρτάται από : Το σχήμα του έκκεντρου Το διάκενο των πλατινών Τους μηχανισμούς ρύθμισης της προπορείας (Avans). Ο χρόνος κατά τον οποίο οι πλατίνες παραµένουν κλειστές, µετρούµενος σε γωνία στροφής του άξονα του διανοµέα λέγεται γωνία επαφής ή Dwell. Η γωνία αυτή δίνεται από τον κατασκευαστή και η τιµή της για τετρακύλινδρους κινητήρες κυµαίνεται µεταξύ 43 ο και 54 ο και για εξακύλινδρους µεταξύ 36 ο και 44 ο. 10
11 Εικόνα 1.1.4: Γωνία επαφής ή Dwell. Κατά τη λειτουργία του κινητήρα χωρίς φορτίο (ρελαντί), η γωνία Dwell παραµένει σταθερή και εξαρτάται από το διάκενο και από την κατάσταση των επαφών των πλατινών. Στις υψηλές στροφές η γωνία Dwell µεταβάλλεται κατά 2 ο και εξαρτάται από τους µηχανισµούς ρύθµισης του Avans. 5) Ο πολλαπλασιαστής έχει σκοπό να µετατρέπει το ρεύµα χαµηλής τάσης (Χ.Τ.) της µπαταρίας (12 ή 24V) σε ρεύµα υψηλής τάσης (Υ.Τ.) µέχρι και 30000 V (συµβατικές αναφλέξεις), το οποίο µεταφέρεται στο διανοµέα και από εκεί στα µπουζί. Κατά βάση είναι ένας µετασχηµατιστής (Μ/Σ). 11
12 Εικόνα 1.1.5: Πολλαπλασιαστής. Αποτελείται από ένα κυλινδρικό δοχείο, το οποίο είναι κατασκευασµένο από οµόκεντρες µεταλλικές πλάκες. Οι µεταλλικές πλάκες περιορίζουν τις απώλειες του µαγνητικού πεδίου που αναπτύσσεται στο εσωτερικό του (µαγνητική θωράκιση). Στο εσωτερικό του δοχείου υπάρχουν δυο οµόκεντρα τυλίγµατα (το πρωτεύον και το δευτερεύον) γύρο από έναν πυρήνα από µαλακό σιδηροµαγνητικό υλικό. Το δευτερεύον τύλιγµα έχει µικρότερη διατοµή και αποτελείται από περισσότερες σπείρες σε σχέση µε το πρωτεύον. Εικόνα 1.1.6: Σχηµατική παράσταση και ηµιτοµή πολλαπλασιαστή. 12
13 Το πρωτεύον τύλιγµα συνδέεται στο ένα άκρο του πολλαπλασιαστή (ακροδέκτης ''+'' ) µε το διακόπτη ανάφλεξης. Στο άλλο άκρο του πολλαπλασιαστή (ακροδέκτης '' '' ) µε τη σταθερή επαφή των πλατινών. Το δευτερεύον τύλιγµα συνδέεσαι στο ένα άκρο του µε το ( - ) του πρωτεύοντος και στο άλλο άκρο του µε τον κεντρικό ακροδέκτη υψηλής τάσης του πολλαπλασιαστή. Το πρωτεύον πηνίο ή τύλιγµα (Χ.Τ.) µε R=1,5 Ω (+15 και -1) και έχει 500 µέχρι 1.000 σπείρες µε διάµετρο 0,4-0,5 mm (αν ξεπεράσει τα 3Ω αντικαθιστούµε τον πολλαπλασιαστή). Το δευτερεύον πηνίο (Υ.Τ.) µε R=4,5 ΚΩ (4 και +15) µε 15.000 µέχρι 30.000 σπείρες µε διάµετρο περίπου 0,06 mm. Τα πηνία περιβάλουν ένα πυρήνα σιδηρελασµάτων και είναι καλά µονωµένα τόσο προς τον πυρήνα, όσο και µεταξύ τους. Όλα είναι τοποθετηµένα µέσα σε στεγανή θήκη. Μερικοί πολλαπλασιαστές για καλύτερη µόνωση και ψύξη ως µονωτικό έχουν λάδι. Το επάνω µέρος (καπάκι) και το κάτω µέρος (βάση) του πολλαπλασιαστή είναι κατασκευασµένα από ανθεκτικό µονωτικό υλικό. 6) Ο διανοµέας είναι το πιο βασικό τµήµα του συστήµατος ανάφλεξης. Η συνδυασµένη λειτουργία των εξαρτηµάτων του εξασφαλίζει τη δηµιουργία καταλλήλου σπινθήρα στο σωστό χρονικό σηµείο. Σκοπός του διανοµέα είναι : Να δημιουργεί το κατάλληλο μαγνητικό πεδίο στον πολλαπλασιαστή, διακόπτοντας και επανασυνδέοντας το κύκλωμα χαμηλής τάσης μέσω των πλατινών. Να παραλαμβάνει το ηλεκτρικό ρεύμα υψηλής τάσης από το δευτερεύον τύλιγμα του πολλαπλασιαστή και να το διανέμει στους αναφλεκτήρες. Να τροφοδοτεί κάθε αναφλεκτήρα με την υψηλή τάση, την κατάλληλη χρονική στιγμή, λίγο πριν φτάσει το έμβολο στο Α.Ν.Σ., ρυθμίζοντας την προπορεία (Avans) ανάλογα με τις στροφές και το φορτίο του κινητήρα. Ο άξονας του διανοµέα παίρνει κίνηση από τον εκκεντροφόρο άξονα µέσω οδοντωτών τροχών. Ο ένας οδοντωτός τροχός βρίσκεται στον εκκεντροφόρο άξονα και ο άλλος είναι προσαρµοσµένος στο κάτω µέρος του άξονα του διανοµέα. Έτσι, οι 13
14 δυο αυτοί άξονες περιστρέφονται µε τον ίδιο αριθµό στροφών, δηλαδή µε το µισό αριθµό στροφών του στροφαλοφόρου άξονα. Εικόνα 1.1.7: ιανοµέας µε εκτεταµένο άξονα. Εικόνα 1.1.8: Τρόποι κίνησης και εγκατάστασης του διανοµέα. 14
15 Ο διανοµέας στο επάνω µέρος του φέρει ένα καπάκι, το οποίο είναι κατασκευασµένο από µονωτικό υλικό. Το καπάκι είναι κυλινδρικής µορφής και στηρίζεται στο κυρίως σώµα του διανοµέα µε βίδες η µε κλίπς. Στο κέντρο του έχει έναν ακροδέκτη, στον οποίο καταλήγει το καλώδιο υψηλής τάσης από το πολλαπλασιαστή. Περιµετρικά του κεντρικού ακροδέκτη υπάρχουν ακίδες (ακροδέκτες) ίσες σε αριθµό µε τους κυλίνδρους του κινητήρα. Μέσα στο καπάκι βρίσκεται ένα µικρό ράουλο, το οποίο είναι προσαρµοσµένο στο επάνω µέρος του άξονα του διανοµέα και περιστρέφεται µαζί του. Το ράουλο αυτό φέρει στην κορυφή του ένα ηλεκτρόδιο (συνήθως χάλκινο), ενώ το κυρίως σώµα του είναι κατασκευασµένο από µονωτικό υλικό. Η επαφή του κεντρικού ακροδέκτη του διανοµέα µε το ηλεκτρόδιο του ράουλου γίνεται µέσω ενός πύρου από άνθρακα. Ο πύρος αυτός βρίσκεται σε συνεχή επαφή µε το ηλεκτρόδιο στο κέντρο του ράουλου µε τη βοήθεια ενός ελατηρίου. Σκοπός του πύρου είναι η παρεµβολή µιας υψηλής αντίστασης (µεγαλύτερης του 1ΚΩ) στο κύκλωµα υψηλής τάσης, για να περιορίζονται τα παράσιτα (ηλεκτρονικοί θόρυβοι) που προέρχονται από τους σπινθηρισµούς στο εσωτερικό του διανοµέα. Κάτω από το ράουλο υπάρχει ένα κάλυµµα που προστατεύει τις πλατίνες, οι οποίες βρίσκονται ακριβώς κάτω από αυτό. Στο ύψους των πλατινών και πάνω στον άξονα του διανοµέα είναι προσαρµοσµένο το έκκεντρο. Εικόνα 1.1.9: ιανοµέας 15
16 Στο εσωτερικό του διανοµέα κάτω από τις πλατίνες βρίσκεται ο φυγοκεντρικός µηχανισµός, ο οποίος ρυθµίζει την προπορεία της ανάφλεξης ανάλογα µε τις στροφές του κινητήρα. Ο φυγοκεντρικός µηχανισµός αποτελείται από την πλατινοφόρο πλάκα (πλάκα στήριξης των πλατινών) τα αντίβαρα (περιστρεφόµενα βάρη) τα ελατήρια συγκράτησης και το ζυγό περιστροφής της πλατινοφόρου πλάκας. Η λειτουργία του φυγοκεντρικού µηχανισµού βασίζεται στη φυγόκεντρο δύναµη που αναπτύσσεται στα αντίβαρα µε την περιστροφή του άξονα του διανοµέα, δηλαδή του κινητήρα. Εικόνα 1.1.10: Φυγοκεντρικός µηχανισµός. Όταν αυξάνονται οι στροφές του κινητήρα, τα αντίβαρα µετακινούνται προς τα έξω και στρέφουν το ζυγό της πλακάς των πλατινών κατά την ίδια φορά µε τη φορά περιστροφής του έκκεντρου. Τότε οι πλατίνες ανοίγουν πιο νωρίς και δηµιουργείται ο σπινθήρας αρκετά πριν το έµβολο φτάσει στο Α.Ν.Σ., ώστε το καύσιµο µείγµα να προλάβει να καεί οµοιόµορφα µέσα στον κύλινδρο. Όταν µειωθούν οι στροφές του κινητήρα, τα αντίβαρα επανέρχονται σταδιακά στην αρχική τους θέση µε τη βοήθεια των ελατηρίων του µηχανισµού, οπότε η προπορεία ανάφλεξης επανέρχεται και αυτή στο αρχικό της επίπεδο. Στο εξωτερικό µέρος του διανοµέα τοποθετείται ο µηχανισµός κενού ή υποπίεσης, ο οποίος ρυθµίζει την προπορεία της ανάφλεξης ανάλογα µε το φορτίο του κινητήρα. 16
17 Εικόνα 1.1.11: ιάγραµµα λειτουργίας του µηχανισµού κενού. Όταν µειώνεται το φορτίο του κινητήρα, αυξάνεται η υποπίεση στην πολλαπλή εισαγωγής και αντίστροφα. Κατά τη λειτουργία του κινητήρα µε χαµηλό φορτίο, η ανάφλεξη πρέπει να γίνεται νωρίς, γιατί το καύσιµο µείγµα καίγεται αργά. Ο µηχανισµός κενού χρησιµοποιεί την υποπίεση που παίρνει από ένα σηµείο κοντά στη πολλαπλή εισαγωγής, για τη ρύθµιση της προπορείας λόγω της µεταβολής του φορτίου. Ο µηχανισµός αυτός περιλαµβάνει µια κάψουλα, στη µέση περίπου της οποίας είναι τοποθετηµένο ένα εύκαµπτο διάφραγµα. Το διάφραγµα χωρίζει την κάψουλα σε δυο τµήµατα. Στο ένα τµήµα επικρατεί η ατµοσφαιρική πίεση και στο άλλο η υποπίεση της πολλαπλής εισαγωγής. Όταν µειωθεί το φορτίο του κινητήρα αυξάνεται η υποπίεση στην πολλαπλή εισαγωγής, άρα αυξάνεται η διαφορά της πίεσης στα δυο τµήµατα. Λόγω της διαφοράς της πίεσης ασκείται µια δύναµη στην επιφάνεια του διαφράγµατος από την πλευρά που επικρατεί η ατµοσφαιρική πίεση. Η δύναµη αυτή υπερνικά τη δύναµη των ελατηρίων και µετακινεί το κέντρο του διαφράγµατος και το στέλεχος, που είναι προσαρµοσµένο επάνω του, σε αντίθετη κατεύθυνση από αυτή της περιστροφής του έκκεντρου. Με τον τρόπο αυτό οι πλατίνες ανοίγουν πιο νωρίς και αυξάνεται η προπορεία της ανάφλεξης στους κυλίνδρους του κινητήρα. Όταν αυξάνεται το φορτίο του κινητήρα, η πίεση στην πολλαπλή εισαγωγής είναι µεγαλύτερη από την ατµοσφαιρική και το στέλεχος του διαφράγµατος µετακινεί την πλατινοφόρο πλάκα κατά την ίδια κατεύθυνση µε αυτή της περιστροφής του έκκεντρου. Έτσι οι πλατίνες καθυστερούν να ανοίξουν και µειώνεται η προπορεία. 17
18 7) Ο πυκνωτής τοποθετείται συνήθως στο εξωτερικό µέρος του διανοµέα και συνδέεται παράλληλα µε τις πλατίνες. Η τοποθέτηση του πυκνωτή στο πρωτεύον κύκλωµα της ανάφλεξης εξυπηρετεί δύο σκοπούς : Μειώνει τις απώλειες του ηλεκτρικού ρεύματος στο πρωτεύον κύκλωμα όταν ανοίγουν οι πλατίνες, μειώνοντας έτσι περίπου στο μισό χρόνο καταρροής του μαγνητικού πεδίου στο πρωτεύον τύλιγμα του πολλαπλασιαστή. Απορροφά τους σπινθηρισμούς κατά το άνοιγμα και κλείσιμο των επαφών των πλατινών Εικόνα 1.1.12: Πυκνωτής 8) Οι αναφλεκτήρες (µπουζί) είναι τα τελευταία εξαρτήµατα του συστήµατος ανάφλεξης. Σκοπός τους είναι η παραγωγή σπινθήρων στο χώρο καύσης κάθε κυλίνδρου, για την ανάφλεξη του καύσιµου µείγµατος. Ένας κοινός αναφλεκτήρας αποτελείται από τα εξής βασικά µέρη : Το κεντρικό ηλεκτρόδιο (θετικό ηλεκτρόδιο) Το μονωτικό περίβλημα από πορσελάνη Το μεταλλικό σώμα με την ακίδα (αρνητικό ηλεκτρόδιο). Πολλοί σπινθηριστές (µπουζί) έχουν ένα κεντρικό ηλεκτρόδιο από κράµα χαλκού. Αυτό το κεντρικό ηλεκτρόδιο στα περισσότερα µπουζί έχει µια αντίσταση από 7.500 Ωµ έως 15.000 Ωµ. Αυτή η αντίσταση παράγει παράσιτα (RFI) σε ραδιοφωνικές συχνότητες οι οποίες περνούν µέσα στο στερεοφωνικό σύστηµα του αυτοκινήτου. Οι αυξοµειώσεις της τάσης που προέρχονται από το (RFI) µπορούν επίσης να επηρεάσουν ή να κάνουν ζηµιά στους εγκατεστηµένους εγκεφάλους. Γι αυτό το λόγω χρησιµοποιούνται µπουζί µε αντίσταση µόνο όταν το συνιστά ο κατασκευαστής και αλλάζονται µόνο µε του ίδιου τύπου σπινθηριστές. Το άκρο του κεντρικού ηλεκτροδίου στη κορυφή του σπινθηριστή έρχεται σε επαφή µε το 18
19 µπουζοκαλώδιο. Το κεντρικό ηλεκτρόδιο περιβάλλεται από πορσελάνη ενώ χαλκός και γυαλί είναι τοποθετηµένα µεταξύ αυτών των υλικών. Μια διαµόρφωση ραβδώσεων πάνω στη µόνωση αυξάνει την απόσταση µεταξύ του ακροδέκτη και του µεταλλικό περιβλήµατος ώστε να αποφεύγεται ηλεκτρικό τόξο στο εξωτερικό της µόνωσης. Το µεταλλικό περίβληµα του σπινθηριστή περιβάλλει ενώ το ηλεκτρόδιο γείωσης είναι τοποθετηµένο στο κατώτερο άκρο του περιβλήµατος ακριβώς από κάτω από το κεντρικό ηλεκτρόδιο. Μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων υπάρχει ένα κενό του οποίου το µέγεθος καθορίζεται από τον κατασκευαστή. Το σχήµα του σπινθηριστή στην κορυφή του περιβλήµατος είναι εξάγωνο για να µπορεί να τοποθετείται και να αφαιρείται. Στο κατώτερο άκρο του περιβλήµατος υπάρχει σπείρωµα το οποίο επιτρέπει στο µπουζί να βιδωθεί στην κυλινδροκεφαλή. ιάφορα µήκη σπειρωµάτων έχουν σχεδιαστεί για να ταιριάζουν σε κάθε κυλινδροκεφαλή και θάλαµο καύσης. Μερικοί σπινθηριστές έχουν µια ροδέλα στεγανοποίησης από µαλακό µέταλλο και η οποία τοποθετείται µεταξύ της κυλινδροκεφαλής και του µεταλλικού περιβλήµατος του σπινθηριστή ενώ άλλοι όχι. Μερικοί σπινθηριστές έχουν ηλεκτρόδιο από πλατίνα το οποίο µακραίνει σε µεγάλο βαθµό τη διάρκεια ζωής τους. Εκτός από τους κοινούς αναφλεκτήρες υπάρχουν και άλλοι στους οποίους τοποθετείται σε σειρά µε το κεντρικό ηλεκτρόδιο µία αντίσταση από άνθρακα της τάξης των 10ΚΩ. Η αντίσταση αυτή τοποθετείται για αντιπαρασιτική προστασία (περιορισµό του ηλεκτρονικού θορύβου), όταν δηµιουργείται σπινθήρας. 19
20 Εικόνα 1.1.13: Αναφλεκτήρας. Οι αναφλεκτήρες κατασκευάζονται σε δυο βασικούς τύπους : Τους ψυχρούς αναφλεκτήρες Τους θερμούς αναφλεκτήρες Αυτοί διαφέρουν ως προς το πάχος της µόνωσής τους (πορσελάνης) και το µήκος του σπειρώµατος. Καθένας από αυτούς τους τύπους αναφλεκτήρων περιλαµβάνει ψυχρότερους ή θερµότερους, οι οποίοι επιλέγονται ανάλογα µε τη συµπίεση των κινητήρων, µε τον τρόπο κίνησης του αυτοκινήτου και µε τις κλιµατολογικές συνθήκες. Οι θερµοί αναφλεκτήρες χρησιµοποιούνται σε κινητήρες χαµηλών επιδόσεων και καίνε όλα τα κατάλοιπα, ενώ οι ψυχροί χρησιµοποιούνται σε κινητήρες υψηλών επιδόσεων για να προλαµβάνεται η προανάφλεξη (πειράκια). 20
21 Εικόνα 1.1.14: Χαρακτηριστικές καµπύλες αναφλεκτήρων. Τα µπουζοκαλώδια µπορεί να αναφερθούν σαν υψηλής τάσης καλώδια ή καλώδια δευτερεύοντος. Αυτά τα καλώδια µεταφέρουν την τάση του δευτερεύοντος και µεταφέρουν ρεύµα από τον πολλαπλασιαστή στο κέντρο του καπακιού του διανοµέα και από τις επαφές του καπακιού στους σπινθηριστές. Τα περισσότερα µπουζοκαλώδια είναι αντιπαρασιτικά και µερικά από αυτά έχουν τις λέξεις Electronic Supression τυπωµένες στην εξωτερική τους επιφάνεια. Ένας πυρήνας από πλεγµένες ίνες γραφίτη που περιβάλλεται από µόνωση βρίσκεται στο κέντρο του αντιπαρασιτικού µπουζοκαλωδίου και ένα πλέγµα από υαλοβάµβακα είναι τοποθετηµένο πάνω από τη µόνωση. Μερικά µπουζοκαλώδια έχουν µονωτικό περίβληµα πάνω από το πλέγµα και καλώδια ψηλής θερµοκρασίας έχουν µια επικάλυψη από σιλικόνη. Μεταλλικές επαφές στα άκρα του µπουζοκαλωδίου συνδέουν το σπινθηριστή µε την αντίστοιχη επαφή στο καπάκι του διανοµέα. Σε µερικά µπουζοκαλώδια ειδικός συνδετήρας χρησιµοποιείται για να συνδέσει τον πυρήνα του µπουζοκαλωδίου µε την επαφή στο καπάκι του διανοµέα. Προστατευτικά καλύµµατα στο άκρο κάθε µπουζοκαλωδίου καλύπτουν τις µεταλλικές επαφές, όπως επίσης και το πάνω µέρος του αναφλεκτήρα και αποτρέπουν τη δηµιουργία τόξων υψηλής τάσης στο άκρο του καλωδίου. Πολλά µπουζοκαλώδια έχουν µέγιστη αντίσταση από 8.000 Ωµ έως 12.000 Ωµ κάθε 30 cm περίπου. 21
22 1.2. ΑΠΟ ΤΗΝ ΣΥΜΒΑΤΙΚΗ ΣΤΗΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ Ένα συµβατικό σύστηµα ανάφλεξης δεν µπορεί να ανταποκριθεί αξιόπιστα στους πολύστροφους και πολυκύλινδρους κινητήρες όπου η περίοδος dwell είναι αρκετά µικρή και η υποθηκευµένη ενέργεια ανάφλεξης περιορισµένη. Επίσης το ρεύµα πρωτεύοντος που διακόπτουν οι πλατίνες, είναι αρκετά µικρό (περίπου 3,5Α), άρα περιορισµένη και η τάση του δευτερεύοντος κυκλώµατος µε αποτέλεσµα να έχουµε διαλείψεις στη λειτουργία του κινητήρα. Η χρησιµοποίηση πολλαπλασιαστών υψηλής απόδοσης ήταν το πρώτο βήµα λύσης του προβλήµατος. Το ρεύµα του πρωτεύοντος κυκλώµατος αυξήθηκε από τα 3,5 Α στα 4,5 Α πλησιάζοντας έτσι αρκετά το επιτρεπόµενο όριο διακοπής των πλατινών, δηλαδή τα 5 Α. Οι υψηλής απόδοσης πολλαπλασιαστές αποθηκεύουν ενέργεια περίπου 100 mj για κάθε σπινθηρισµό. Το ποσό της θερµότητας που αναπτύσσεται σ αυτούς δεν µπορεί να διαχυθεί γρήγορα προς το περιβάλλον. Η θερµότητα που παράγεται µέσα στον πολλαπλασιαστή εξαρτάται από το ρεύµα και την αντίσταση του πρωτεύοντος πηνίου του. Κατασκευάζοντας το πρωτεύον πηνίο του πολλαπλασιαστή µε αγωγό µεγαλύτερης διατοµής µειώνουµε την αντίσταση του πηνίου, άρα και την εκλυόµενη σ αυτό θερµότητα αρκεί να διατηρηθεί το ρεύµα σταθερά και φυσικά εντός των επιτρεπτών ορίων δυνατότητας διακοπής των πλατινών (5 Α). Τούτο θα εξασφαλιστεί µόνον όταν η συνολική αντίσταση του πρωτεύοντος κυκλώµατος διατηρηθεί σταθερή. Για το σκοπό αυτό συνδέεται σε σειρά µε το πρωτεύον πηνίο του πολλαπλασιαστή και φυσικά έξω από αυτόν, µια αντίσταση (προαντίσταση) τιµής 1-2 Ω. Όταν φέρουµε το διακόπτη της µηχανής στη θέση εκκίνησης ο κλάδος της προαντίστασης παρακάµπτεται (γεφυρώνεται) και έτσι το πρωτεύον κύκλωµα διαρρέεται από το µέγιστο δυνατό ρεύµα. Στη περίπτωση αυτή η υποθηκευµένη ενέργεια ανάφλεξης και η τάση δευτερεύοντος παίρνουν τις µέγιστες δυνατές τιµές τους και εξασφαλίζεται ένα εύκολο ξεκίνηµα. Επανερχόµενος ο διακόπτης στη θέση λειτουργίας (ΟΝ) το πρωτεύον κύκλωµα κλείνει διαµέσου της προαντίστασης. 22
23 Εικόνα 1.2.1: Κύκλωµα ανάφλεξης µε πολλαπλασιαστή υψηλής απόδοσης. Ένα άλλο βήµα βελτίωσης του συστήµατος ανάφλεξης έγινε µε τη χρησιµοποίηση ενός διπλού κυκλώµατος ανάφλεξης που περιλαµβάνει δύο πολλαπλασιαστές και διπλές πλατίνες. Όµως η τεχνολογία των ηµιαγωγών (τρανζίστορ) υπερκάλυψε τελείως τα πλεονεκτήµατα των παραπάνω συστηµάτων ανάφλεξης ανοίγοντας νέους ορίζοντες στις δυνατότητες τους, ιδιαίτερα µετά το 1950. Έτσι η τέλεια καύση µε όλα τα πλεονεκτήµατα που προκύπτουν απ αυτήν π.χ. υψηλή απόδοση, οικονοµία, λίγα καυσαέρια κλπ. δεν αποτελεί πλέον όνειρο αλλά καθηµερινή πραγµατικότητα. 1.3. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΑΝΑΦΛΕΞΕΩΝ Τα κυριότερα πλεονεκτήµατα τους είναι : Εργάζονται χωρίς αδράνεια και με αξιοπιστία για μεγάλο χρονικό διάστημα. Δεν χρειάζονται συντήρηση για 50.000 ως 60.000 χιλιόμετρα και παρατείνουν την ζωή των μπουζί κατά 50%. Κάνουν πιο ακριβή τον έλεγχο της ανάφλεξης, πράγμα που κάνει ανεκτό ένα πιο φτωχό μείγμα βενζίνης/αέρα με αποτέλεσμα μια μικρή οικονομία στη βενζίνη. Εύκολα ξεκινήματα του κινητήρα τα κρύα πρωινά διότι η Υ.Τ. για το ξεκίνημα του κινητήρα είναι πάνω από 20.000V. Η αύξηση της υψηλής τάσης (Υ.Τ. μέχρι 55.000V έναντι 30.000V της συμβατικής). Την καλή καύση του μείγματος και η παρατεταμένη λειτουργία του συστήματος χωρίς βλάβες. 23
24 Δε χρειάζονται συχνή ρύθμιση του αβάνς και της γωνίας Dwell, διότι οι πλατίνες έχουν σχετικά απεριόριστη ζωή και εάν το σύστημα είναι χωρίς πλατίνες, τότε δεν έχουν την ανάγκη ρυθμίσεων και συντήρησης. Διατηρούν τη τάση δευτερεύοντος κυκλώματος σταθερή σε όλες τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα Μειονεκτήµατα : Δεν μπορούν να εργασθούν σε υψηλές θερμοκρασίες. Πρέπει να εγκαθίστανται σε θέσεις καλά αεριζόμενες και μακριά από πηγές θερμότητας π.χ. πλευρά της πολλαπλής εξόδου. 24
25 2. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ 2.1. ΕΠΑΓΩΓΙΚΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ ΜΕ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ (ΜΕ ΠΛΑΤΙΝΕΣ). Η αύξηση του ρεύµατος του πρωτεύοντος από τα 3,5 Α που είχαµε σε ένα συµβατικό σύστηµα ανάφλεξης (Coil Ignition system ή CI) στα 8 Α ενός επαγωγικού ηλεκτρονικού συστήµατος ανάφλεξης (TCI), µας δίνει το πλεονέκτηµα της δηµιουργίας υψηλότερης τάσης στο δευτερεύον του πολλαπλασιαστή. Στο ηλεκτρονικό επαγωγικό σύστηµα Στο σύστηµα TCI οι πλατίνες (S) ανάφλεξης (TCI) το ρεύµα πρωτεύοντος διακόπτουν ένα µικρό ρεύµα ελέγχου της µπορεί να πάρει πολύ υψηλότερες τιµές λειτουργίας ενός τρανζίστορ που ενεργεί από ότι σε ένα συµβατικό σύστηµα σαν διακόπτης του πρωτεύοντος ανάφλεξης Κυκλώµατος. ιαρρέεται από ένα ισχυρό ρεύµα (περίπου 8 Α). Εικόνα 2.1.1: Ηλεκτρονικό επαγωγικό σύστηµα ανάφλεξης (TCI) Αρχή λειτουργίας Σ αυτές τις αναφλέξεις, ένα τρανζίστορ ανοίγει και κλείνει το πρωτεύον κύκλωµα του πολλαπλασιαστή. Οι πλατίνες απλώς δίνουν εντολή πότε θα ανοίξει και πότε θα κλείσει. Έτσι το τρανζίστορ λειτουργεί σαν ηλεκτρονικός διακόπτης ή αντίστοιχα σαν ρελέ (Εικόνα 2.1.2) 25
26 Κύκλωµα µε τρανζίστορ ως Κύκλωµα µε ρελέ διακόπτης ηλεκτρονικός Εικόνα 2.1.1: Κύκλωµα µε τρανζίστορ ως ηλεκτρονικός και κύκλωµα µε ρελέ διακόπτη Τα ρεύµατα που φαίνονται στην Εικόνα 2.1.1 είναι α) Το ρεύµα ισχύος π.χ. τα 8 Α του πρωτεύοντος κυκλώµατος του πολλαπλασιαστή, β)το ρεύµα ελέγχου π.χ. το 1 Α που διαρρέει τις πλατίνες του διανοµέα και ονοµάζεται ρεύµα ελέγχου (I < 1 A) της λειτουργίας του τρανζίστορ. Φυσικό είναι οι πλατίνες να αποκτούν πολλαπλάσια ζωή από ότι στα συµβατικά συστήµατα ανάφλεξης αφου διακόπτουν και αποκαθιστούν ρεύµατα µικρής έντασης (I < 1 A). Σε µερικά συστήµατα το τρανζίστορ αντικαθίσταται από ένα ολόκληρο ενισχυτή που στέλνει στο πρωτεύον του πολλαπλασιαστή αρκετά ισχυρό ρεύµα για να δηµιουργηθούν υψηλές τάσεις πάνω από 30 kv. Στην Εικόνα 2.1.3 βλέπουµε την εξωτερική όψη των µονάδων της ηλεκτρονικής ανάφλεξης TCI της Bosch. 26
27 Εικόνα 2.1.2: Εξωτερική όψη µονάδων ηλεκτρονικής ανάφλεξης TCI της Bosch. Στην Εικόνα 2.1.4 βλέπουµε ολοκληρωµένη την Εικόνα 2.1.2. στο διακόπτη γεφύρωσης 4 έχει µπει ένα ρελέ το οποίο ενεργοποιείται από το διακόπτη ανάφλεξης 2 κατά τη στιγµή της εκκίνησης (start 50) της µίζας και γεφυρώνει την R12 (Εικόνα 2.1.4) για να έχουµε ενίσχυση της Υ.Τ. για ευκολότερο ξεκίνηµα του κινητήρα. Ενώ στις συµβατικές αναφλέξεις γνωρίσαµε ότι, ο σπινθήρας στο µπουζί δίνεται όταν ανοίγουν οι πλατίνες, εδώ δίνεται όταν κλείνουν. Εικόνα 2.1.4: Ηλεκτρονικό διάγραµµα ηλεκτρονικής ανάφλεξης µε τρανζίστορ TCI της Bosch. 27
28 Εικόνα 2.1.5: Κύκλωµα επαγωγικής ανάφλεξης (µε τρανζίστορ) TCI. Το τρανζίστορ δεν έχει µηχανικές επαφές και έτσι δεν εµφανίζεται στα άκρα του τόξο κατά τη διακοπή του πρωτεύοντος ρεύµατος ακόµη και στις µικρές ταχύτητες εκκίνησης του κινητήρα. Συνδέεται µε τον εκποµπό Ε (Emitter) και το συλλέκτη C (Collector) στο πρωτεύον κύκλωµα και ελέγχεται η λειτουργία του µε το κύκλωµα ελέγχου µεταξύ βάσης B (Base) και εκποµπού Ε. Μόλις οι πλατίνες (S) κλείσουν κύκλωµα, ένα ρεύµα περίπου 8 Α περνά από τον εκποµπό (Ε) στο συλλέκτη (C) του τρανζίστορ και από εκεί στο πρωτεύον τύλιγµα του πολλαπλασιαστή, αλλά και ένα ρεύµα µόλις 1 Α περνά διαµέσου των πλατινών. Το µικρό αυτό ρεύµα ελέγχου θα µπορούσε να είναι µικρότερο και από 1Α αλλά στη περίπτωση αυτή θα εξαλείφετε πλήρως το φαινόµενο αυτοκαθαρισµού των πλατινών. Τη στιγµή της ανάφλεξης οι πλατίνες διακόπτουν το ρεύµα ελέγχου της βάσης του τρανζίστορ και αυτοµάτως σταµατά το ρεύµα πρωτεύοντος από τον εκποµπό (Ε) προς το συλλέκτη (C) (το τρανζίστορ δεν άγει, ο δρόµος από εκποµπό σε συλλέκτη παρουσιάζει πάρα πολύ µεγάλη αντίσταση). Μόνο όταν αποκατασταθεί το ρεύµα ελέγχου, ο δρόµος εκποµπός-συλλέκτης του τρανζίστορ γίνεται αγώγιµος και κλείνει πάλι το πρωτεύον κύκλωµα. Το τρανζίστορ είναι πολύ ευαίσθητο στις υπερεντάσεις και υπερτάσεις, γι αυτό το κύκλωµα είναι εφοδιασµένο µε : Μια αντίσταση R 1 σε σύνδεση σειράς Μια αντίσταση R 2 για τον περιορισµό του ρεύµατος εκποµπού βάσης. 28
29 Η αντίσταση R 3 παρέχει ένα θετικό βολτάζ (σε σχέση µε το συλλέκτη C) στη βάση Β του τρανζίστορ τη στιγµή της διακοπής ώστε το τρανζίστορ να διακόπτει ταχύτερα. Στο πλήρες κύκλωµα φαίνονται µερικές πρόσθετες µονάδες όπως : Οι αντιστάσεις R 11 (0,6Ω) και R 12 (0,4Ω), οι οποίες από-βραχυκυκλώνονται μετά την εκκίνηση του κινητήρα. Η δίοδος D που προστατεύει το τμήμα εκπομπού-βάσης από υπερφόρτωση. Η δίοδος Ζένερ (ZD) και ο πυκνωτής C 2 που προστατεύουν το τμήμα εκπομπούσυλλέκτη. Ο πυκνωτής C 1, ο οποίος προστατεύει το όλο ηλεκτρονικό υλικό από ανεπιθύμητες υπερτάσεις που δημιουργούνται κατά την παροχή της ενέργεια. Η µηχανική δυνατότητα διακοπής των πλατινών σε ένα τέτοιο σύστηµα µπορεί να φτάσει τα 21.000 ανοίγµατα το λεπτό. Αντιθέτως το τρανζίστορ δεν έχει κινητά µέρη, δεν εµφανίζει αδράνεια στη λειτουργία και δεν παθαίνει φθορά, πλην όµως είναι ευαίσθητο στις υπερθερµάνσεις. Το ηλεκτρονικό υλικό (τρανζίστορ, δίοδοι) επειδή είναι ευαίσθητο στις µεγάλες θερµοκρασίες τοποθετείται σε θήκη αλουµινίου µε πτερύγια ψύξης. Η µονάδα πρέπει να εγκαθίσταται σε καλά αεριζόµενο µέρος και µακριά από πηγές θερµότητας. Σε µερικά συστήµατα το τρανζίστορ αντικαθίσταται από ένα ολόκληρο ενισχυτή που στέλνει στο πρωτεύον αρκετά ισχυρό ρεύµα για να δηµιουργηθούν τάσεις της τάξης των 30.000 V 29
30. 1. Μπαταρία. 2. ιακόπτης ανάφλεξης. 3. Προαντιστάσεις. 4. ιακόπτης γεφύρωσης της προαντίστασης κατά την εκκίνηση. 5. Πολλαπλασιαστής. 6. Ηλεκτρονική µονάδα. 7. Πλατίνες. 8. Σύστηµα διανοµής. 9. Σπινθηριστές Εικόνα 2.1.3: Ηλεκτρικό διάγραµµα ηλεκτρονικής ανάφλεξης µε τρανζίστορς TCI της Bosch. 2.2. ΕΠΑΓΩΓΙΚΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ ΧΩΡΙΣ ΠΛΑΤΙΝΕΣ Καθώς οι πλατίνες λειτουργούν παρουσιάζεται σ αυτές ένα φαινόµενο (φαινόµενο αναπήδησης) το οποίο µειώνει τη µηχανική δυνατότητα διακοπής σε : 18.000 σπινθηρισµούς/λεπτό για συµβατικό σύστηµα ανάφλεξης 21.000 σπινθηρισµούς/λεπτό για ηλεκτρονικό σύστηµα ανάφλεξης. Οι κινητήρες µεγάλης ισχύος όπως και αυτοί που χρησιµοποιούνται σε αγώνες ταχύτητας έχουν µεγάλες απαιτήσεις οι οποίες δεν µπορούν να καλυφθούν µε τα συστήµατα που ήδη γνωρίσαµε παραπάνω. Τα ηλεκτρονικά συστήµατα ανάφλεξης µε γεννήτρια παλµών, δηλαδή χωρίς πλατίνες, παρουσιάζουν στην λειτουργία τους µεγάλη αξιοπιστία, είναι οικονοµικές και δεν χρειάζονται ρυθµίσεις και συντήρηση. Από το 1975 στις ΗΠΑ το σύστηµα αυτό ενδείκνυται για όλα τα καινούργια αυτοκίνητα. 30
31 ύο είναι οι τύποι ηλεκτρονικής ανάφλεξης χωρίς πλατίνες οι οποίοι έχουν επικρατήσει και παίρνουν το όνοµα τους σύµφωνα µε την αρχή λειτουργίας της γεννήτριας παλµών που χρησιµοποιούν. Αυτές είναι : Ηλεκτρονική ανάφλεξη με επαγωγικού τύπου γεννήτρια παλμών (Transistorized Coil Ignition With Induction Type Pulse Generator (TCI-i) Ηλεκτρονική ανάφλεξη με γεννήτρια παλμών τύπου Hall (Transistorized Coil Ignition With Hall Generator (TCI-h) 2.3. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ ΜΕ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΠΑΛΜΩΝ ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΥ ΤΥΠΟΥ (TCI-i) Η ηλεκτρονική ανάφλεξη µε πλατίνες (Εικόνα 2.3.1 αριστερά) είναι περιορισµένων δυνατοτήτων. Στις ηλεκτρονικές αναφλέξεις επαγωγικού τύπου µε γεννήτρια παλµών (Transistorized Coil Ignition With Induction Type Pulse Generator ή TCI-i) η έλλειψη των πλατινών αναπληρώνεται από µια επαγωγική γεννήτρια παλµών η οποία ελέγχει τη λειτουργία ενός τρανζίστορ που συνδέεται στο πρωτεύον του πολλαπλασιαστή (Εικόνα 2.3.1 δεξιά). Εικόνα 2.3.1: Ηλεκτρονική ανάφλεξη µε πλατίνες και επαγωγικού τύπου µε γεννήτρια παλµών 31
32 Εικόνα 2.3.2: ιανοµέας µε πλατίνες. Αρχή λειτουργίας : Μια γεννήτρια παλµών παίρνει τη θέση των πλατινών η οποία επιβλέπει τη λειτουργία ενός τρανζίστορ το οποίο συνδέεται στο πρωτεύον του πολλαπλασιαστή. Η γεννήτρια παλµών µπορεί να είναι είτε µαγνητικός είτε οπτικός διακόπτης, ο οποίος είναι πιο γρήγορος και πιο ακριβής από τις πλατίνες, ο οποίος δηµιουργεί µεταβαλλόµενο ρεύµα (παλµούς) ανάλογα µε τις στροφές του κινητήρα. Τους παλµούς αυτούς τους λαµβάνει ένας ενισχυτής και στέλνει στο πρωτεύον κύκλωµα ένα δυνατό ρεύµα ώστε στο δευτερεύον κύκλωµα να δηµιουργηθούν τάσεις της τάξης των 30.000V και φυσικά σπινθήρες µεγαλύτερης έντασης και διάρκειας. Εικόνα 2.3.3: Αριστερά η ηλεκτρονική ανάφλεξη µε πλατίνες. εξιά η ηλεκτρονική ανάφλεξη χωρίς πλατίνες µε γεννήτρια παλµών. 32
33 Αν κοιτάξει κανείς εξωτερικά το πολλαπλασιαστή ενός συστήµατος ανάφλεξης µε πλατίνες ή χωρίς πλατίνες δε θα διαπιστώσει καµία διαφορά Ακόµη µερικά συστήµατα ηλεκτρονικών αναφλέξεων για τη ρύθµιση του αβάνς δε χρησιµοποιούν φυγόκεντρο ρυθµιστή και ρυθµιστή κενού, αλλά ειδικούς αισθητήρες οι οποίοι στέλνουν πληροφορίες στην κεντρική ηλεκτρονική µονάδα (µονάδες νέας τεχνολογίας). Γεννήτρια παλµών : Η γεννήτρια παλµών αποτελείται : Από ένα μόνιμο αισθητήριο τύλιγμα (πηνίο) Από ένα μόνιμο μαγνήτη (Εικόνα 2.3.5) Ο µόνιµος µαγνήτης και το πηνίο αποτελούν τον επαγωγικό αισθητήρα ανάφλεξης του διανοµέα. Το γνωστό έκκεντρο έχει αντικατασταθεί από ένα δροµέα χρονισµού ή σκανδαλιστή που φέρει τόσες προεξοχές όσοι είναι οι κύλινδροι του κινητήρα (Εικόνα 2.3.4 αριστερά). Εικόνα 2.3.4: ιανοµέας µε επαγωγική γεννήτρια παλµών. Όταν µια προεξοχή του περιστρεφόµενου σκανδαλιστή ευθυγραµµιστεί µε το πηνίο (Εικόνα 2.3.5 δεξιά), η παραγόµενη σ αυτό τάση ελέγχου αυξάνει µέχρι τη µέγιστη θετική τιµή της. Όταν τώρα η προεξοχή αρχίζει να αποµακρύνεται (στιγµή 33
34 ανάφλεξης) η τάση αλλάζει πολικότητα, αφού βέβαια πρώτα πέφτει στη µηδενική τιµή και µετά στη µέγιστη αρνητική της τιµή (Εικόνα 2.3.6) Επαγωγική γεννήτρια παλµών τύπου Bosc Τα µέρη µιας γεννήτριας παλµών επαγωγικού τύπου µε τα βασικά της µέρη. Εικόνα 2.3.5: Επαγωγική γεννήτρια παλµών Εικόνα 2.3.6: ιάγραµµα σήµατος επαγωγικού αισθητήρα. 34
35 Εικόνα 2.3.7: Ανάφλεξη ηλεκτρονική TCI-I µε επαγωγικό αισθητήρα ή µαγνητικό αισθητήρα στο διανοµέα. Καθώς περιστρέφεται ο άξονας του διανοµέα, παράγονται ηλεκτρικοί παλµοί από τη γεννήτρια παλµών, οι οποίοι στη συνέχεια οδηγούνται στην ηλεκτρονική µονάδα ελέγχου. Εκεί αφού διαµορφωθούν και ενισχυθούν οδηγούνται στο κύκλωµα βάσης-εκποµπού ενός τρανζίστορ, το οποίο ελέγχει το ρεύµα του πρωτεύοντος του πολλαπλασιαστή άρα και την υψηλή τάση δευτερεύοντος σε συγχρονισµό µε τους διακοπτόµενους παλµούς. Ο διανοµέας στη συνέχεια διανέµει αυτήν την υψηλή τάση στα µπουζί µε τον γνωστό τρόπο. Παράδειγµα : Ο δροµέας συγχρονισµού ή σκανδαλιστής σε µια τετρακύλινδρη µηχανή έχει 4 προεκτάσεις (όσοι και οι κύλινδροι) και σε κάθε περιστροφή θα παράγονται 4 παλµοί (ρευµατοωθήσεις) άρα και 4 σπινθηρισµοί (Εικόνα 2.3.8). Εικόνα 2.3.8: 1. Γεννήτρια παλµών. 2). Ηλεκτρονική µονάδα ελέγχου. 3). Πολλαπλασιαστής. 35
36 ιαδικασία αξιοποίησης των παλµών για την παραγωγή ρεύµατος υψηλής τάσης. Στα αυτοκίνητα αγώνων ταχύτητας οι παλµοί παίρνονται απ ευθείας από το σφόνδυλο πάνω στον οποίο τοποθετούνται µεταλλικές προεκβολές. Καθώς ο σφόνδυλος γυρίζει οι µεταλλικές προεκβολές περνούν µπροστά από µια γεννήτρια παλµών και την διεγείρουν. Στην Εικόνα 2.3.9 φαίνεται το κανονικό παλµογράφηµα της ηλεκτρονικής ανάφλεξης TCI-i. Εικόνα 2.3.9: Κανονικό παλµογράφηµα της ηλεκτρονικής ανάφλεξης TCI-i. 36
37 2.4. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ ΜΕ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΤΥΠΟΥ HALL ( ΤCI h) ιανοµέας µε γεννήτρια παλµών τύπου HALL είναι η τελευταία κατασκευή διανοµής Υ.Τ. στα µπουζί µε περιστροφική διανοµή. Τη θέση του αισθητηρίου τυλίγµατος (διεγειρόµενο πηνίο), την έχει πάρει µια διεγειρόµενη διάταξη που εκτός από την παλµική γεννήτρια έχει και ένα ολοκληρωµένο κύκλωµα HALL το οποίο βελτιώνει ακόµη περισσότερο την Υ.Τ. Το ολοκληρωµένο κύκλωµα έχει διαστάσεις περίπου 1mm 2. Το σύστηµα ηλεκτρονικής ανάφλεξης µε γεννήτρια παλµών, όπως και το σύστηµα µε γεννήτρια HALL είναι υψηλής απόδοσης. Τα δύο αυτά συστήµατα παρουσιάζουν µεταξύ τους ελάχιστες λειτουργικές διαφορές, όπως : Η επαγωγική γεννήτρια παλμών παρουσιάζει μεγαλύτερη διαφορά φάσης ανάμεσα στο χρονικό σημείο εμφάνισης του σπινθήρα και ενεργοποίησης της γεννήτριας. Αυτό σε μερικές περιπτώσεις είναι επιθυμητό, γιατί βελτιώνει την αντικροτική (αντικρουστική) συμπεριφορά (πειράκια) του κινητήρα. Η επαγωγική γεννήτρια παλμών παρουσιάζει μικρότερη ταλάντωση σπινθήρων, γιατί έχει συμμετρική κατασκευή. Αρχή λειτουργάς : Η λειτουργία αυτής της γεννήτριας παλµών στηρίζεται στο φαινόµενο HALL. Όταν µέσα σε ένα µαγνητικό πεδίο κινηθεί ένα ηλεκτρικό φορτίο αυτό υφίσταται κάποια απόκλιση (φαινόµενο HALL). Αν τα ηλεκτρόνια ενός ρεύµατος I ν κινούνται µέσα σε µια στρώση ηµιαγωγού κάθετα στις µαγνητικές γραµµές ενός πεδίου (Β) µια ηλεκτροµαγνητική δύναµη δρα πάνω σε κάθε ηλεκτρόνιο µε διεύθυνση κάθετη προς τη ροή του ρεύµατος. Έτσι τα ηλεκτρόνια συγκεντρώνονται προς το ηλεκτρόδιο Α1, το οποίο είναι αρνητικό ηλεκτρόδιο, ενώ το ηλεκτρόδιο Α2 εµφανίζει έλλειψη ηλεκτρονίων, το οποίο γίνεται θετικό. Η διαφορά δυναµικού µεταξύ Α1 και Α2 γίνεται τόσο µεγαλύτερη όσο µεγαλύτερο γίνεται το µαγνητικό πεδίο (Εικόνα 2.4.1). 37
38 Εικόνα 2.4.1: Φαινόµενο Hall. µέρη. Στην Εικόνα 2.4.2 φαίνεται η γεννήτρια παλµών τύπου Hall µε τα βασικά της Εικόνα 2.4.2: Γεννήτρια παλµών τύπου Hall µε τα βασικά της µέρη. Η γεννήτρια HALL τοποθετείται στο πάνω µέρος του διανοµέα, ο οποίος είναι ειδικής κατασκευής (Εικόνα 2.4.2) και αποτελείται από ένα ρότορα, ο οποίος έχει τη µορφή ανεστραµµένου ποτηριού µε ανοίγµατα στην παράπλευρη επιφάνεια του. Ο 38
39 ρότορας είναι προσαρµοσµένος στο ράουλο του διανοµέα και περιστρέφεται µαζί του µε τις στροφές του άξονα. Εικόνα 2.4.3: ιανοµέας µε γεννήτρια Hall. Στο µέσο περίπου του διανοµέα είναι τοποθετηµένο ένα ζεύγος µαγνητικών πόλων από µόνιµο µαγνήτη. Από το κενό που υπάρχει µεταξύ τους περνάει κατά την περιστροφή του ρότορα, η παράπλευρη επιφάνεια του (Εικόνα 2.4.4). Στον πόλο που βρίσκεται έξω από το ρότορα είναι κολληµένος ο αγωγός του κυκλώµατος HALL. Εικόνα 2.4.4: Γεννήτρια Hall. 39
40 Η περιστροφή του ρότορα µέσα από το διάκενο των πόλων δηµιουργεί εναλλαγή στη µαγνητική ροή που περνάει από τον αγωγό HALL. Όταν περνάει κάποιο άνοιγµα της παράπλευρης επιφάνειας του ρότορα έχουµε πλήρη διέλευση της µαγνητικής ροής από τον έναν πόλο στον άλλο και έτσι εµφανίζεται τάση στα άκρα του αγωγού HALL. Όταν από το διάκενο των πόλων περνάει µια µεταλλική επιφάνεια του ρότορα διακόπτεται σχεδόν η µαγνητική ροή από τον έναν πόλο στον άλλο, µε αποτέλεσµα την πτώση της τάσης στα άκρα του αγωγού Hall. Ο αριθµός των ανοιγµάτων του ρότορα είναι ίσος µε τον αριθµό των κυλίνδρων του κινητήρα και το πλάτος κάθε επιφάνειας µεταξύ δύο ανοιγµάτων προσδιορίζει τη γωνία Dwell. Επεξήγηση λειτουργίας γεννήτριας παλµών τύπου HALL : Όταν η προεξοχή του σκανδαλιστή βρίσκεται μέσα στο διάκενο: Η ηλεκτρονική μονάδα HALL δέχεται την ελάχιστη μαγνητική ροή Β 2 η τάση HALL U H ελαχιστοποιείται ενώ το σήμα εξόδου U G παίρνει τη μέγιστη τιμή της (μερικά volt). Το σήμα U G οδηγείται σε μια ηλεκτρονική μονάδα επεξεργασίας που δίνει εντολή και κλείνει το πρωτεύον κύκλωμα του πολλαπλασιαστή. Όταν η προεξοχή του σκανδαλιστή φύγει από το διάκενο: Έχουμε μέγιστη μαγνητική ροή και τάση U H αλλά η U G ελαχιστοποιείται (U G =0,5V). Η μονάδα επεξεργασίας δέχεται στην είσοδο της την U G και δίνει εντολή να ανοίξει το πρωτεύον κύκλωμα του πολλαπλασιαστή (σημείο ανάφλεξης). Εικόνα 2.4.5: ιάγραµµα παλµών συστήµατος TCI-h. 40
41 Πίνακας 1: Πίνακας διαδοχικών λειτουργιών της ηλεκτρονικής µονάδας HALL και της µονάδας επεξεργασίας σηµάτων. Θέση προεξοχής Εκτός εισέρχεται στο Εντός αποµακρύνεται σκανδαλιστή διάκενου ιάκενο ιάκενου του διακένου µαγνητικό διαπερνά τη αποµακρύνεται πολύ αδύνατο αυξάνει συνεχώς πεδίο (Β) Στρώση του ηµιαγωγού στον ηµιαγωγό και διαπερνά τον Ηµιαγωγού HALL HALL HALL ηµιαγωγό HALL τάση HALL U H µέγιστη Πέφτει Ελάχιστη αυξάνει ηλεκτρονική κλείνει ανοίγει (OFF) Ανοίγει κλείνει (ON) µονάδα HALL (ΟΝ) (σηµείο Β 2 ) (OFF) (σηµείο Β 1 ) σήµα εξόδου ελάχιστη Αυξάνει απότοµα Μέγιστη µειώνεται U G γρήγορα µονάδα Ανοίγει (OFF) Κλείνει (ON) κλείνει (ON) ανοίγει (OFF) επεξεργασίας αποθήκευση σηµείο σηµάτων Ενέργειας ανάφλεξης Εικόνα 2.4.6: Κύκλωµα ηλεκτρονικής ανάφλεξης µε γεννήτρια παλµών τύπου Hall (TCI-h). 41
42 Εικόνα 2.4.7: Κανονικό παλµογράφηµα της ηλεκτρονικής ανάφλεξης TCI-h. 2.5. ΧΩΡΗΤΙΚΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗ (CDI) (Capacitor Discharge Ignition System) Η χωρητική ηλεκτρονική ανάφλεξη χρησιµοποιείται σήµερα ευρέως σε πολλά µοντέλα αυτοκινήτων και ειδικότερα σε αυτοκίνητα υψηλών επιδόσεων. Το σύστηµα αυτής της ανάφλεξης είναι αρκετά πιο ακριβό από τα συστήµατα που είδαµε προηγουµένως. Η ενέργεια της ανάφλεξης αποθηκεύεται στο ηλεκτρικό πεδίο ενός πυκνωτή. Αυτό είναι το κύριο χαρακτηριστικό του συστήµατος αυτού. Η τιµή της χωρητικότητας C του πυκνωτή και η τάση φόρτισης του καθορίζουν το µέγεθος της υποθηκευόµενης ενέργειας. Ακόµη το σύστηµα χρειάζεται ένα µετασχηµατιστή, τον µετασχηµατιστή ανάφλεξης. Ο µετασχηµατιστής ανάφλεξης δεν θα χρησιµεύει στο 42
43 να αποθηκεύει ενέργεια στο µαγνητικό πεδίο, αλλά κυρίως για να µεταφέρει την ενέργεια στο δευτερεύον κύκλωµα µε ταυτόχρονο µετασχηµατισµό της τάσης του πυκνωτή σε µια τιµή υψηλής τάσης που χρειάζεται ένα µπουζί για να λειτουργήσει. Τα συστήµατα ανάφλεξης µε πολλαπλασιαστή υστερούν σε σχέση µε το σύστηµα χωρητικής ηλεκτρονικής ανάφλεξης στο ότι η τάση δευτερεύοντος σ αυτά δεν παίρνει τη µέγιστη τιµή της γρήγορα. Αντιθέτως τα συστήµατα (CDI) παίρνουν τη µέγιστη τιµή τάσης 10 φορές πιο γρήγορα. Αυτό αποτελεί σηµαντικό πλεονέκτηµα γιατί τα ηλεκτρικά φορτία που εµφανίζονται στα ηλεκτρόδια των µπουζί για την δηµιουργία σπινθήρα δεν έχουν το χρόνο να διατρέξουν τις επιφανειακές επικαθήσεις του µονωτήρα. Έτσι η ενέργεια ανάφλεξης δεν µειώνεται καθόλου από τις αγώγιµες επικαθήσεις των µπουζί µε αποτέλεσµα να έχουµε ένα ισχυρό σπινθήρα διάρκειας περίπου 300 µs. Εικόνα 2.5.1: ευτερεύουσα τάση διαφόρων συστηµάτων για σύγκριση του χρόνου εµφάνισης της µέγιστης τιµής του πρώτου µισού κύµατος. CDI : Ηλεκτρονική ανάφλεξη χωρητικής εκφόρτισης. CI: Συµβατικό σύστηµα. TCI : Ηλεκτρονική ανάφλεξη επαγωγική µε τρανζίστορ και πολλαπλασιαστή. Αρχή λειτουργίας : Η µονάδα επεξεργασίας παλµών (πλακέτα) έχει κύκλωµα φόρτισης (ηλεκτρονικό κύκλωµα) που µετατρέπει την τάση της µπαταρίας από 12V σε 400V για τη φόρτιση του πυκνωτή µε τη µορφή παλµών. Τη χρονική στιγµή της ανάφλεξης εκφορτίζεται ο πυκνωτής στο πρωτεύον τύλιγµα του µετασχηµατιστή ανάφλεξης µε το κλείσιµο ενός ηλεκτρονικού διακόπτη ισχύος (θυρίστορ). Στο δευτερεύον τύλιγµα δηµιουργείται εξ επαγωγής η δευτερεύουσα τάση, σε χρόνο 10 φορές πιο γρήγορα απ ότι στα άλλα συστήµατα ανάφλεξης. Η Υ.Τ. διανέµεται στα µπουζί κατά τα γνωστά. ιακρίνουµε δύο συστήµατα φόρτισης, την πολυπαλµοφόρτιση και την µονοπαλµοφόρτιση (Εικόνα 2.5.2). 43
44 Πολυπαλµοφόρτιση Μονοπαλµοφόρτιση T z : σηµείο ανάφλεξης T L : χρόνος φόρτισης T i : διάρκεια παλµού Εικόνα 2.5.2: Πολυπαλµοφόρτιση και µονοπαλµοφόρτιση Ο χρόνος φόρτισης Τ L είναι τόσο µικρός ώστε ακόµα και στους υψηλότερους ρυθµούς σπινθηρισµών η αποθηκευόµενη ενέργεια φτάνει σχεδόν στα ίδια επίπεδα. Όταν ο πυκνωτής εκφορτίζεται, το κύκλωµα φόρτισης βραχυκυκλώνεται. Ο πυκνωτής φορτίζεται αποθηκεύοντας ενέργεια. Ρεύµα φόρτισης = ρεύµα πρωτεύοντος. Μεταφορά της αποθηκευµένης ενεργείας µέσα στο κύκλωµα ανάφλεξης µε εκφόρτιση του πυκνωτή. Εικόνα 2.5.3: Φάσεις φόρτισης και εκφόρτισης πυκνωτή 44